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金卤灯电感镇流器和电子镇流器综合比较

2017-06-16
类别:行业趋势
eye 535
文章创建人 拍明

       电感镇流器(inductance ballast)是一个铁芯电感线圈,电感的性质是当线圈中的电流发生变化时,则在线圈中将引起磁通的变化,从而产生感应电动势,其方向与电流的变化方向相反,因而阻碍着电流变化。 在日光灯中用到。

当开关闭合电路中施加220V50Hz的交流电源时,电流流经镇流器、灯管灯丝、启辉器给灯丝加热(启辉器开始时是断开的,由于施加了一个大于180V以上的交流电压,使得启辉器跳泡内的气体辉光放电,跳泡内双金属片受热膨胀变形,两个电极靠在一起,形成通路给灯丝加热)。当启动器的两个电极靠在一起,由于没有弧光放电,双金属片冷却,两电极断开,由于电感镇流器呈感性,当两个电极断开的瞬间,电路中的电流突然消失,于是镇流器产生一个高脉冲电压,它与电源电压叠加后,加到灯管两端,使灯管内惰性气体电离而引起弧光放电。(高脉冲电压时间约1ms 600V~1500V,其确切的电压值取决于灯的类型)。在正常发光过程中,镇流器的自感起到稳定电路中电流的作用。电感镇流器是一个铁芯电感线圈,电感的性质是当线圈中的电流变化时,则在线圈中将引起磁通的变化,从而产生感应电动势,其方向与电流的变化方向相反,因而阻碍电流的变化,从而起到限制及稳定电流的作用。

工艺流程

构造:

(A)电感镇流器由矽钢片、漆包线圈、骨架端盖、底板(外壳)接线端子等组成。

(B)作用:

线圈:产生感生电动势。在通电情况下,因线圈存在一定的电阻,会产生电能损耗,产生的热能使电感镇流器温度上升,容易加快镇流器的老化。为了减少线圈中的电阻,尽量用高纯度的进口电解铜漆包线。

矽钢片:整块导体处于变化的磁场中,将在整块导体内部引起感生电流,俗称涡流,它将引起电能的消耗,温度上升。在电感镇流器中,为了增强磁感应强度都采用铁芯,但由于涡流的存在,必须使用很薄的彼此绝缘的矽钢片叠压形成的铁芯,而不用整块铁芯,以减少涡流带来的损耗。

底板:固定、安装作用。

骨架:固定线圈、芯片,方便接线的作用。

接线端子:起接线作用,把电感镇流器串联接到电路中去。

形状:

根据外形可分为:西德型、欧洲型、平顶型、芬兰型、西班牙型等等;芯片结构可分TU片、TW片、EI片、山字片等;尺寸的大小可根据需要而定。芯片结构有TU片、TW片、EI片等。

制作:

绕线测试耐压装底板压扣、调电流、测试耐压﹙自动化﹚浸绝缘漆、烘干、浸白漆、烘干﹙自动化﹚上接线端子 测试耐压、测试电流、测试匝间耐压﹙自动化﹚印字测试通电测试耐压包装

故障解决

电线发热:

主要是因负载太多、电流大而引起电线发热,施工单位应根据灯盘镇流器的标称电流再乘以1.6倍舜间启动电流来进行设计。有些无经验的施工单位单纯按表面功率来设计,而忽略了电感支架的功率因素只有0.5左右及每个镇流器约有8W的自身损耗。(功率因补偿并不是节能,只有改善电网供电质量,电度表只记录有功功率,不记录无功功率,功率因素补偿分单灯(单机)补偿和集中补偿两种方法。单灯补偿就是每一个灯具并联一只电容器,集中补偿一般在配电房中设立一个自动补偿屏,根据感性负载投入电网运行的多少,能自动投入电容量COSφ保持接近于1的功率因素)。如:40W×3的灯盘10套。

单从表面算:它的电流=40W×3×10÷220V=5 .45A

而实际上应为:它的电流=(40W+8W)×3×10÷220V÷0.5=13.09A

再加上瞬间启动电流=13.09A×1.6=20.9A

解决办法:增加补偿电容(COSφ—指功率因素)

COSφ=40W+4.0uF=0.9 COSφ=40W +4.5uF=0.95

COSφ=30W+3.5uF=0.88 COSφ=30W +4.0uF=0.90

COSφ=20W+2.5uF=0.75 COSφ=20W +4.0uF=0.90

加上12uF的补偿电容后的电流=(40W+8W)×3×10÷220V÷0.9=7.27A

再加上瞬间启动电流=7.27A×1.6=11.63A

即:无补偿电容的线路承受电流能力按20.9A以上设计,有补偿电容的按11.63A以上设计。

跳闸:

漏电开关跳闸的原因有:

(1) 电线负载过多,电流过大引起跳闸,这种情况根据漏电电流是多少来配置灯具的数量,解决办法:

a 增加线路功率因素(加补偿电容)

b 减少电线负载的灯具数量;

c 增大漏电开关的安数(额定工作电流)

(2)镇流器出现击穿或灯具电线破损与灯具外壳接触而引起漏电保护,这种问题应根据实际情况检查,应该可以查出并根据实际进行更换镇流器或维修破损电线来处理。

噪音

镇流器都是按静音来进行设计的,如果在实际使用中出现噪音:

(1)应检查该电压是否220V。新工地因无其它负载电压往往有240V~270V或更高,这时有可能出现轻微噪音,但在电压正常时会自动消失;

(2)如果电压正常而出现噪音,要么是镇流器本身有问题,漏磁大与灯具产生共振;要么是灯具安装不牢固、使用密度大、安装高度低、镇流器表面与灯具铁壳太近等综合引起。

(3)噪音的国家标准是≤35分贝。在无争议的情况下,在静室内在1米的距离内无听到明显的噪音即为符合要求。

常见故障:

使用不久灯管两端即发黑,原因有:

(1)灯管质量差,这是市场上经常出现的劣质灯管常有现象,部分甚至长时间启动或启动不了;

(2)镇流器启动电流太小,启动冲击时间太长;

(3)镇流器启动电流太大对灯丝冲击大,容易使灯管发黑及烧坏灯管。电感镇流器都是按标准生产,如果使用不久灯管两端即发黑,应是灯管质量有问题,与镇流器无关。

烧坏

镇流器出现烧坏都是由于线圈匝间短路引起或因温升过高引起线圈短路造成。它主要是由于:(1)漆包线都有很多的针孔(国家标准规定每米允许有≤25只针孔)如果漆包线的针孔刚好对上匝间的针孔,在电压过高时就会出现匝间短路;(2)使用电压过高或在异常情况下长期使用,由于电感镇流器对使用的电压极为严格,每增加10V电压工作电流就会增加35mA左右;增加20V电压工作电流就会增加70mA,如果220V电压时工作电流是400mA,在240V电压工作电流就是470mA,在这种情况下一般不会出现烧坏,但在异常情况下(即启辉器出现短路)灯管长期处于启动状况下,就会出现温升过高而导致烧坏。(所以我们平时发现灯管长时间不亮或启辉器长时间都处于闭合状态下时,应立即检查灯管是否已经老化烧坏或启辉器是否已经短路,应立即进行更换,否则会引起镇流器温升偏高加速其老化,严重影响其寿命甚至会出现烧坏。)

经济的繁荣加速了城市化的进程,同时带动了市政建设快速发展,作为城市形象窗口的道路照明建设和管理也得到了前所未有的大发展。城市照明不仅使城市亮了起来,更为居民的夜晚出行提供了安全、有序的环境。但随着道路照明建设的日渐完善也为各级政府带来了更多的财政负担,近年来采取的一系列的节能节电措施也取得了明显的效果,其中节能电感镇流器的作用功不可没。节能电感镇流器与一般传统电感镇流器的区别在于3个基本参数:镇流器功耗限定的上限值,系统功率因数的最小值和最大启动电流。镇流器的自身损耗大,将产生较高的温升。温升值太高不但耗能而且影响镇流器的安全使用,因此减少镇流器自身能耗意义很大。节能型电感镇流器的转换效率要比普通电感镇流器高,自身损耗小是其主要技术指标。为了使我国的照明电器在向节能环保方面发展的道路上能更理智、更全面,由于众多专业人员对节能电感镇流器在节能及综合方面的良好评定,使行业的各种市场因素开始被调动起来,在今天的各类照明工程与市政工程中,人们首选的是节能型电感镇流器,其原因就是普通型电感镇流器的可靠性达不到节能型电感镇流器的水平,所以节能电感镇流器是永久使用场合的必选产品。国际铜业协会(中国)在这方面为节能电感镇流器的研究和宣传付出了长期的努力。[1]

相关标准

日光灯电子镇流器与日光灯配套使用,为保证日光灯能正常点燃,并达到各项性能指标,电感镇流器应符合国标GB15143GB/T 15144的要求

额定电压

镇流器外壳或在交流输入端的接线端处,应明确标志该参数。若标明的电压范围很宽(100250V),选用时就要慎重。因为100V就能正常启动的镇流器用于工频电压为额定值或更高(240V)的场合时,串联谐振电容两端的电压非常高,而且可能会损坏其它元件

额定输出功率

2.额定输出功率或与电子镇流器匹配的灯管功率、型号及所带的灯管数。灯管功率应与电子镇流器匹配,有的镇流器号称"可配接1640W日光灯",不宜选用。因为镇流器承载的最佳功率是一定的,不可能适应如此大范围,这种镇流器不可能满足日光灯的各项性能指标

功率因素λ

尽管国家标准没有设置下限值,但在额定电源电压、额定频率下,与日光灯配套后的线路功率因素以λ≥0.90为好。

4.电源电流谐波含量标志"L""H"。电感镇流器与日光灯在额定电压下工作,达到稳定工作状态后,带"L""H"标志的电子镇流器其电源电流谐波的含量不超过国标GB/T 15144GB T 17263的规定

(1)节能。荧光灯的电子镇流器,多使用20—60khz频率供给灯管,使灯管光效比工频提高约10%(按长度为4尺的灯管),且自身功耗低,使灯的总输入功率下降约20%,有更佳的节能效果。

电子镇流器 (2)消除频闪,发光更稳定。有利于提高视觉分辨率,提高功效;降低连续作业的视觉疲劳,有利于保护视力。

(3)起点更可靠。预热灯管后一次起点成功,避免了多次起点。

(4)功率因数高。符合国家标准的25W以上的荧光灯,其功率因数高于0.95。但应注意,国家标准对25W以下的灯管规定的谐波限值很高,以致使其功率因数下降到0.7—0.8

(5)稳定输入功率和输出光通量:高品质产品有良好的稳压性能,在电源、电压偏差很大时,仍能保持光源恒定功率,稳定光照度,有利于节能。

(6)延长灯管寿命。高品质产品的恒功率和灯管电流下降,以及起点可靠等因素可使灯管寿命延长。

(7)噪音低。高品质电子镇流器噪音可达35db以下,人们感觉不到噪音。

(8)可以调光。对于需要调光的场所,如:原使用白炽灯或卤钨灯调光的场所,代之以高效荧光灯配可调光电子镇流器,可实现在2%—100%的大范围调光。

需要注意的是,只有设计优良的电子镇流器才能发挥以上各种优点。虽然都是电子镇流器,用于金卤灯的电子镇流器要比用于荧光灯的复杂很多,或者说几乎完全不一样。如果设计或制造工艺不到位,一个非常小的疏漏,都会造成故障。

相关知识

电感镇流器的工作原理:

当开关闭合电路中施加220V 50HZ的交流电源时,电流流过镇流器,灯管灯丝启辉器给灯丝加热(启辉器开始时是断开的,由于施压了一个大于190V以上的交流电压,使得启辉器内的跳泡内的气体弧光放电,使

电子镇流器相关组件 得双金属片加热变形,两个电极靠在一起,形成通路给灯丝加热),当启动器的两个电极靠在一起,由于没有弧光放电,双金属片冷却,两极分开,由于电感镇流器呈感性,当电路突然中断时,在灯两端会产生持续时间约1ms600V-1500V的脉冲电压,其确切的电压值取决于灯的类型,在放电的情况下,灯的两端电压立即下降,此时镇流器一方面对灯电流进行限制作用,另一方面使电源电压和灯的工作电流之间产生55-65。的相位差,从而维持灯的二次启动电压,使灯能更稳定的工作。

电感镇流由于结构简单,寿命长,作为第一种荧光灯配合工作的镇流器,它的市场占有率还比较大,但是,由于它的功率因数低,低电压启动性能差,耗能笨重,频闪等诸多缺点,它的市场慢慢地被电子镇流器所取代,电感镇流器能量损耗:40W(灯管功率)+10W(电感镇流器自身发热损耗)等于整套灯具总耗电为50W

、电子镇流器的工作原理:

电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器,其基本工作原理是:

工频电源经过射频干扰(RFI)滤波器,全波整流和无源(或有源)功率因数校正器(PPFCAPFC)后,变为直流电源。通过DC/AC变换器,输出20K-100KHZ的高频交流电源,加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝,同时在电容器上产生谐振高压,加在灯管两端,但使灯管"放电"变成"导通"状态,再进入发光状态,此时高频电感起限制电流增大的作用,保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流,常增设各种保护电路,如异常保护,浪涌电压和电流保护,温度保护等等。

电子镇流器(Electronic ballast),是镇流器的一种,是指采用电子技术驱动电光源,使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器(或镇流器)。现代日光灯越来越多的使用电子镇流器,轻便小巧,甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起,同时,电子镇流器通常可以兼具启辉器功能,故此又可省去单独的启辉器。电子镇流器还可以具有更多功能,比如可以通过提高电流频率或者电流波形(如变成方波)改善或消除日光灯的闪烁现象;也可通过电源逆变过程使得日光灯可以使用直流电源。传统电感式整流器的一些缺点使它正在被日益发展成熟的电子镇流器所取代。

金卤灯电感镇流器和电子镇流器综合比较.jpg

20世纪70年代出现了世界性的能源危机,节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究,随着半导体技术飞速发展,各种高反压功率开关器件不断涌现,为电子镇流器的开发提供了条件,70年代 末,国外厂家率先推出了第一代电子镇流器,是照明发展史上一项重大的创新。由于它具有节能等许多优点,引起了全世界的极大关注和兴趣,认为是取代电感镇流器的理想产品,随后一些著名的企业都投入了相当的人力、物力来进行更高一级的研究与开发。由于微电子技术突飞猛进,促进了电子镇流器向高性能高可靠性方向发展,许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品,1984年,西门子公司开发出了TPA4812等有源功率因数校正电器IC,功率因数达到0.99。随后一些公司相继推出集成电子镇流器,89年芬兰赫尔瓦利公司又成功推出可调光单片集成电路电子镇流器,电子镇流器在全世界特别是发达国家已全国推广应用。

中国对电子镇流器的研究开发起步较晚,技术起点低,早期对这一产品的难度和复杂性认识不足,专用半导体器件开发未跟上,产品质量过不了关,而且市场极不规范,大量的低价劣质品被抛向市场,使消费者蒙受损失,严重损害了电子镇流器的形象。90年代后期,由于生产水平有了迅速发展和提高,从电路设计到了电子器件的配套都进入了较成熟阶段,优质产品进入建筑工程,随着中国绿色照明工程的实施,为电子镇流器推广应用铺平了道路,国产电子镇流器必将迅速赶上国际先进水平,在竞争的国际市场中占有一席之地。

荧光灯、杀菌灯用电子镇流器知识

电子镇流器知识简介:使用半导体电子元件,将直流或低频交流电压转换成高频交流电压,驱动低压气体放电灯(杀菌灯)、卤钨灯等光源工作的电子控制装置。应用最广的是荧光灯电子镇流器。

电子镇流器由于采用现代软开关逆变技术和先进的有源功率因数矫正技术及电子滤波措施,具有很好的电磁兼容性, 降低了镇流器的自身损耗。

辨别电子镇流器好坏

把起辉器拆下,断开电源,测试镇流器两端即可。如果镇流器那种比较老的电感式的,电感式的才可以用这种方法测试线圈是否烧坏。这种老式的镇流器坏了,一般就是线圈烧断,导致灯管两端没有电压,不会引起灯管烧坏。对于电子镇流器就会有很多情况。

可以按上述所说的方法分别测量三个镇流器的阻值,看看有没有较大区别,以此判断镇流器是否损坏。还可以换起辉器,看看那个会烧的起辉器是否不可以断开,一直处于通路状态。总之用替换法。

工作原理

编辑

简述

为了使荧光灯、杀菌灯正常工作,必须满足三个条件:

a、 灯丝的预热电流或灯丝电流

b、 高电压启动

金卤灯电子镇流器 c、 限制工作电流

具体分析

电子镇流器的工作原理 由于气体放电灯(如荧光灯、霓虹灯、金卤灯等)是一种具有如图1所示V-I特性的负阻性电光源,即为负值,从图1可以看出,当灯电流上升时,灯管的工作电压下降,但是供电电压不会下降,多出的这点电压加到灯管后会使灯电流进一步上升,如此循环,最终烧坏灯管或灯管熄灭,所以要使灯管正常工作,应配以如图2所示的镇流元件,用以限制和稳定灯电流。这个限流装置叫做镇流器。气体放电灯常用的镇流器有两种:电感式镇流器和高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率,体积大、笨重,还需消耗大量铜和硅钢等金属材料,散热困难、工作效率低、灯发光有频闪,所以一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法,而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。镇流原理如图3所示,镇流电路的工作特性曲线如图4所示。

在图2所示的电路中,灯管上的工作电压加上镇流元件上的电压等于电源供电电压,最终可以使气体放电灯稳定工作。在图2所示的电路中,灯功率可以按下式计算:

P=IVα (1)

式中的α表示灯发光系数,它和灯管的工作电压和工作电流有关,对电感镇流器,α可以取0.8,对高频电子镇流器,α可以取0.99

在灯电路稳定工作期间,灯管上的电压是稳定的,所以灯功率主要取决于灯电流的大小,而灯电流的大小和镇流元件的阻抗和电源供电电压的高低有关,并且供电频率对荧光灯的工作也有影响,如图5和图6所示。例如对电感镇流,镇流电感的阻抗ZL=2πfL,电感镇流器的电感量和它的绕组匝数和铁心的尺寸有关,所以当电源供电频率较高时,镇流电感的体积也会小些。这就是采用高频交流电子镇流电路后,镇流电感的体积和尺寸会很小的原因。

世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心(VPEC)李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在IEEE功率电子学学刊刊出,并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念,美国加州理工大学(UCT)S.CUK教授关于单级高功率因数电子镇流器,一种用于紧凑型荧光灯的E类电子镇流器,西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员、实验室进行科研开发。同时,国内一些著名科研院所、大学等都投入了较大力量进行科研开发。这一点可从国内相关科技文献看出。但是勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国,有较多的公司、企业从事这种绿色电光源产品的生产。特别是自20世纪80年代末、90年代初,IEC928(1990)GB15143(1994)《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及IEC929(1990)GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》等技术标准相继颁布与实施,使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。

电子镇流器电路 由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低,并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标要求严格,所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰、使用安全可靠等要求的高频交流电子镇流器并非易事,所以往往让人感到,看似简单的一个电子产品,但是技术含量很高,是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关(ZVSZCS)LC串、并联谐振、功率因数校正(PFC)、电磁干扰抑制(EMCEMI)、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术方方面面的电子产品。同时,如何测量高频交流电子镇流器的技术参数,如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰(EMI),也是高频交流电子镇流器的研究热点。

实践证明,要做出一只高性能的高频交流电子镇流器,还需对它的灯负载技术特性、灯负载对电源的技术要求有所了解,否则要做出一只高性能的高频交流电子镇流器也是件不现实的事。

一、主要性能比较

欧标、美标金卤灯电感镇流器和金卤灯电子镇流器的主要性能对比简述如表1,因为实际的对比情况较复杂,所以详细的对比分析内容如下:

A、电磁兼容

金卤灯电子镇流器由于它的内部电路特性,决定了它本身的电磁兼容特性不可能做得很完美,尽管电子镇流器电子电路及元件功能的进步使目前的金卤灯电子镇流器能达到欧洲、北美以及我国对应的产品标准,但也使电子镇流器在制造成本及自身功耗上付出了明显的代价。

(1)、目前合格的金卤灯电子镇流器谐波总量THDI大约在12%-25%。而欧标金卤灯电感镇流器THDI仅为10%-12%。美标金卤灯(超前顶峰式)镇流器谐波总量比较高,THDI约在25%-30%,略高于合格的电子镇流器。

(2)、在对外骚扰(EMI)方面,金卤灯电子镇流器通过共模和差模的复合滤波,基本能达到EN55015FCC的标准要求,但由于所配的光源功率较大,所以在实际安装使用时如不注意灯具内各输入和输出的走线位置,还是很容易因为输入和输出线之间的寄生感应而造成EMI方面的超标现象,尤其是采用电子镇流器的250W,400W的金卤灯灯具,往往会因为其输出导线辐射功率较强而造成上述不合格现象。而欧标和美标电感镇流器几乎不存在EMI方面的问题。

(3)、在抗外部骚扰(EMS)方面,电子镇流器可能显得更脆弱,尽管通过努力,目前的金卤灯电子镇流器也能够基本满足IEC61547的要求,但除了付出较明显的成本外,收到的实际功效还不理想,主要表现在进行EMS方面的试验时,由于元件参数的不一致性往往会出现产品有一定比例的不合格现象,尤其是野外应用的金卤灯电子镇流器在抗雷电感应能力方面,由于我国的配电网络是极性电源,即中性线(零线)接地,当出现强雷电情况时,闪电发出的广谱电磁波被架空的电源线吸收,由于火线和零线对地泄放的阻抗不同而使两根供电线路间以及供电线和地线之间在瞬间存在较高的电压差(根据测量,这种电压差可达3000V-5000V),这一电压差很容易使电子镇流器内部的元件发生击穿损坏,这也是安装在野外的HID电子镇流器常发生莫名其妙的损坏的主要原因。而欧标和美标的电感式镇流器几乎不存在抗外界骚扰和抗雷电感应电压方面的问题。

(4)、开机浪涌电流由于电子镇流器内电源滤波电容的存在,使得开机的瞬间浪涌电流很大,视电源内阻抗不同和相位不同可达15--30倍的正常工作电流值,而欧标电感镇流器开机时电流仅为正常工作电流得1.5倍左右,美标超前顶峰式镇流器仅为正常工作电流得1.3倍左右。虽然单个的电子镇流器开机时浪涌电流的绝对值并不大,并且作用在电网上的时间才数百毫秒,但由于金卤灯电子镇流器在使用时,往往是一个开关装置控制了很多个电子镇流器和灯的回路,这些接在同一开关回路里的电子镇流器在电源接通的瞬间会产生绝对值很大的浪涌电流。这种开机的浪涌电流完全可能使局部电网的过流装置动作,产生断电故障。金卤灯电子镇流器的开机浪涌电流大的特点初看起来与现在的EMC方面的标准中IEC61000-3-3/GB17625.2(电器的接入电网造成的局部电网电压的波动和闪烁的限制要求)有关,但实际上对某个具体的金卤灯电子镇流器来讲,即使是通过了IEC61000-3-3/GB17625.2标准检测,在大量使用时,仍会因为开机的浪涌电流而造成局部电网电压的明显的波动甚至过流跳闸。目前较先进和有效的方法是在金卤灯电子镇流器的输入端加接过零导通式固态继电器,能使开机时的浪涌电流减小到正常工作时电流的5~6倍,但必经是增加了成本并且其效果还有点不尽人意。

二、金卤灯电子镇流器和电感镇流器的性能/价格及运行成本(实例)对比

对金卤灯电子镇流器的性能价格及实际应用成本对比,可通过小功率金卤灯点灯系统和大功率金卤灯点灯系统二个例子来对比。下述对比都是建立在每种镇流器都全面达到标准的基础上。

A、小功率150W金卤灯系统的运行比较

150W小功率金卤灯对美标和欧标的结构和参数几乎是一样的。可从如下几个因素来综合评价电子镇流器和电感镇流器点灯系统三年的综合运行成本。

1. 对输出功率较好的150W金卤灯电子镇流器,自身功率损耗约为11W,由于金卤灯照明大多用在公共场合,每天使用的时间以及每年使用的天数都较多,设每天用10小时,每年用340天,每千瓦时电费为0.7元。电子镇流器点灯系统的总功率150W+11W=161W,三年的用电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.161KW)=1149.54元,150W金卤灯电子镇流器平均价格140元,电子镇流器平均使用寿命为三年,平均

早期失效率1﹪。折合成每个电子镇流器单价约为141.4元。所以每个150W金卤灯电子镇流器三年平均运行费用是1149.54+141.4=1290.94元。

2. 对输出功率同样足够的150W金卤灯电感镇流器,普通型电感镇流器的自身功率损耗约为24W,节能型电感镇流器自身损耗为17W,按上述同一计算方式

普通型三年的用电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.174KW)=1242.36元。

节能型三年的用电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.167KW)=1192.38元。

由于电感镇流器工作时需要加触发器,(平均价格为10)为了使点灯系统功率因素达到0.9,所以加配18μF补偿电容(平均价格为18),对触发器和电容,设其工作寿命为三年,早期失效率为1﹪,但电感镇流器平均工作寿命为10年,所以消耗的三年价格折旧。

对普通型电感镇流器价格为65元,早期失效率为0.01﹪,三年折旧价65×1.0001×0.3+(10+18)×1.01=47.78元。

对节能型电感镇流器价格为80元,早期失效率几乎为零,三年折旧价80×0.3+(10+18)×1.01=52.28元。

注:本文电感镇流器的价格已经把铜材涨价因素考虑在内,价格都按20065月价格计算。

每一个点灯系统三年的平均运行价格:(采用三年运行电费加上三年折旧价)

电子镇流器点灯系统:1149.54+141.4=1290.94

普通型电感镇流器点灯系统:1242.36+47.78=1290.14

节能型电感镇流器点灯系统:1192.38+52.28=1244.66

从上面的实例对比可看出,对于普通的照明场合,节能型金卤灯电感镇流器点灯系统的三年运行成本最低,金卤灯电子镇流器点灯系统与普通金卤灯电感镇流器点灯系统三年的运行成本几乎一样。另外,在南方一些地区,在一年中使用空调的时间长达6个月,那么电子镇流器因其自身功耗小,造成的自身发热小而使空调系统间接的产生节电,按上述计算原则三年内累计间接节电费用与普通型电感镇流器相比可算出,

(24W-11W)×0.001×0.7×10×(340×6/12)=15.47元,

三年内累计间接节电费用与节能型电感镇流器相比可算出,

(17W-11W)×0.001×0.7×10×(340×6/12)=7.14元,在这些场合如果算上间接节电因素,150W金卤灯电子镇流器点灯系统三年的运行费用电容低于普通型金卤灯电感镇流器点灯系统,但仍明显高于节能型金卤灯电感镇流器点灯系统。

对于运动物体的照明例如乒乓球馆、羽毛球馆、网球场以及摄影、摄像场合,由于金卤灯电子镇流器独特的无频闪功能而使它能代替原有的低光效的卤钨灯,从而收到明显的节能效果,在相同的照明条件,平均比充卤素的钨丝灯系统节电达60﹪。应该讲这也是金卤灯电子镇流器得以生存和发展的最主要方向。而电感式镇流器由于频闪效应很难应用于这些具有运动物体的照明场合。

E、灯的效率

这一问题初看起来,好象是由灯自身的质量好坏所决定的,但实际上对于同一个灯来说,输入的灯电流的波形及频率的不同都会明显影响灯的电光转换效率。就本文涉及的三种镇流器而言,设计良好的欧标金卤灯镇流器,其输出到灯的电流近似于正弦波,并且过零处的电流中断时间(OT)很小。与金卤灯配合后电光转换效率最高。美标金卤灯镇流器由于采用超前顶峰式结构,灯电流过零处中断时间(OT)较大,所以在输入到灯相同功率的条件下,电光转换效率约比欧标金卤灯镇流器低0.5%~2%

电子镇流器输出到金卤灯的电流频率约在40KHz~50Hz,应该说其灯电流过零时的中断时间(OT)几乎可忽略,但实验却证明高强度气体放电灯在相同的电功率输入时,比工频相同电功率输入到同一灯时的光效要低,尤其是在250W及以上时,这一现象就比较明显,其电光转换效率约低1.5%~3%。这一现象产生的原理目前尚不清楚,但这一现象说明了对低气压放电的荧光灯,在高频下其发光的效率会有约5%~8%的提高,但在高强度气体放电领域,用高频点灯不仅没有使灯的光效有所提高,在大功率时,灯的效率反而有所下降。

F、调光特性

为了适应各种场合不同的要求,对金卤灯进行适当调光是有必要的,在这一方面无疑是电子镇流器的功能最好,它能基本实现无级的调光,而电感式镇流器就目前比较经济的方法,一般只能采用分级调光形式。但是金卤灯的调光是受到其自身特性限制的,当金卤灯处于较小的输出功率时,由于其电弧管内的压力低而使灯的发光效率明显的减小。对于石英电弧管的金卤灯来讲,灯功率的明显调低,(50%及以下的输出时)其发出光的谐线中,紫外光的比例将会明显的超标,这一现象一方面使灯发出可见光的效率进一步下降,另一方面必须对灯具上的透光玻璃采取更进一步的措施才能防止正常照明时紫外线成份不超标。所以对金卤灯而言,虽然电子镇流器可做到在100%~20%的调光,但实际应用时一般只适合用于陶瓷电弧管的金卤灯,并且考虑到其效率,调光范围一般只可取100%~40%

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G、镇流器与灯的距离

在实际的使用中,因为很多原因往往需要把镇流器安装在离灯较远的地方,在这一方面电感镇流器只要导线截面积足够,导线电阻约占镇流器等效阻抗的0.5%以下时,几乎不会影响灯的正常工作,这一距离一般可达50米左右。而电子镇流器由于其输出的是高频,所以输出导线的高频感抗较大,当灯和镇流器的距离达5米时,因导线高频阻抗原因已会使灯的输出功率明显下降约3%~8%,并且电子镇流器输出导线的增长还会使对外干扰(EMI)明显上升并超过标准限值。更重要的是,对于采用钢杆的路灯,如果电子镇流器安装在路灯钢杆的基座内,其输出到灯的导线相互之间,以及导线与接地的钢杆之间将产生明显的容性泄漏电流,这一容性泄漏不仅会产生对外干扰,还会加重电子镇流器的负载而可能使电子镇流器寿命缩短。

H、镇流器的使用寿命

电子镇流器的生产企业,对生产过程质量控制以及工艺控制要比做电感镇流器生产过程质量控制以及工艺控制严格得多,仅管这样,因为电子镇流器内的元件很多,并且其中任一元件出故障都将造成电子镇流器的失效。即使是电子镇流器内部的元器件没有失效,但在露天且在雷电感应和高压脉冲袭击的场合仍会使不少电子镇流器早期失效。目前电子镇流器由于受到元器件寿命及外界电磁感应脉冲干扰的影响,平均寿命基本在3年左右。

电感镇流器由于其结构简单,只要绕组未发生自身的匝间和层间短路以及对外表的击穿。一般寿命都大于10年,在耐高温及恶劣环境条件方面,电感镇流器的使用寿命也明显优于电子镇流器。

I、自身重量

在自身重量方面,电感镇流器由于其结构原因并且要保持其良好的工作特性,自身重量是很大的,一般

为同类电子镇流器重量的3~5倍。

J、执行ROHSWeee指令

欧盟议会和欧盟理事会第2002/95/EC号《关于限制某些有害物质在电子电气设备中使用(ROHS)指令》规定,从200671日起各成员国在电子电气产品中禁用(除少数限用外)镉、铅、汞、PBB(多溴化联苯)PBDE(聚溴联苯)。另外,又颁布了第2002/96/EC号《关于报废电子电气设备(weee)指令》,这一执令已于2005813日执行。对照明电器在weee指令中附件1A中规定,报废的照明电气产品回收再利用率要达到每件器具平均重量的70%以上,对于气体放电灯,组件、材料和物质再循环利用率将达到灯重量的80%以上。

我国目前是世界照明电器出口的第一大国,这二个指令的发布对我国出口欧盟的照明电器产品有非常大的影响。目前我国对应欧盟二个指令的相对应标准也即将出台,这二个指令本身也将对电子和电感镇流器今后的发展产生重大影响。

就金卤灯电子镇流器和电感镇流器而言,要满足ROHSWeee指令其难度是有很大差别的。电感镇流器只要在其采用的材料中,例如塑料绝缘材料中的阻燃剂,不含PBB(多溴化联苯)PBDE(聚溴联苯),黄铜材料中不含铅、镉,电镀件中不含六价铬就能轻易满足ROHS指令的要求。对于电感镇流器来说,其报废的材料回收再循环利用率可轻易达到自身重量的85%以上,也完全能满足Weee指令的要求。

电子镇流器要达到ROHS指令的要求,除了其塑料绝缘件和黄铜材料也需达到上述要求外,最困难的是采用的焊锡中铅含量问题,众所周知,当锡铅比列达到65%/35%时焊锡特性最佳。我国目前的电子线路板上的焊锡普遍采用这一牌号的焊锡,但为了满足ROHS指令,必须得放弃这种焊锡。目前采用的其它能满足ROHS指令的焊料除了成本高以外,焊接的温度也明显提高,这使得在接过程中的工艺难度更大,也更易损坏电子元件。在达到Weee指令要求方面,电子镇流器也面临很大的困难,其电子元件及线路板的回收利用是个很困难的问题,虽说目前的技术已能使电子镇流器的回收再利用达到Weee指令的要求,但是,回收处理所付出代价要比电感镇流器大得多。

金卤灯电感镇流器.jpg

二、金卤灯电子镇流器和电感镇流器的性能/价格及运行成本(实例)对比

对金卤灯电子镇流器的性能价格及实际应用成本对比,可通过小功率金卤灯点灯系统和大功率金卤灯点灯系统二个例子来对比。下述对比都是建立在每种镇流器都全面达到标准的基础上。

A、小功率150W金卤灯系统的运行比较

150W小功率金卤灯对美标和欧标的结构和参数几乎是一样的。可从如下几个因素来综合评价电子镇流器和电感镇流器点灯系统三年的综合运行成本。

1. 对输出功率较好的150W金卤灯电子镇流器,自身功率损耗约为11W,由于金卤灯照明大多用在公共场合,每天使用的时间以及每年使用的天数都较多,设每天用10小时,每年用340天,每千瓦时电费为0.7元。电子镇流器点灯系统的总功率150W+11W=161W,三年的用电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.161KW)=1149.54元,150W金卤灯电子镇流器平均价格140元,电子镇流器平均使用寿命为三年,平均

早期失效率1﹪。折合成每个电子镇流器单价约为141.4元。所以每个150W金卤灯电子镇流器三年平均运行费用是1149.54+141.4=1290.94元。

2. 对输出功率同样足够的150W金卤灯电感镇流器,普通型电感镇流器的自身功率损耗约为24W,节能型电感镇流器自身损耗为17W,按上述同一计算方式

普通型三年的用电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.174KW)=1242.36元。

节能型三年的用电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.167KW)=1192.38元。

由于电感镇流器工作时需要加触发器,(平均价格为10)为了使点灯系统功率因素达到0.9,所以加配18μF补偿电容(平均价格为18),对触发器和电容,设其工作寿命为三年,早期失效率为1﹪,但电感镇流器平均工作寿命为10年,所以消耗的三年价格折旧。

对普通型电感镇流器价格为65元,早期失效率为0.01﹪,三年折旧价65×1.0001×0.3+(10+18)×1.01=47.78元。

对节能型电感镇流器价格为80元,早期失效率几乎为零,三年折旧价80×0.3+(10+18)×1.01=52.28元。

注:本文电感镇流器的价格已经把铜材涨价因素考虑在内,价格都按20065月价格计算。

每一个点灯系统三年的平均运行价格:(采用三年运行电费加上三年折旧价)

电子镇流器点灯系统:1149.54+141.4=1290.94

普通型电感镇流器点灯系统:1242.36+47.78=1290.14

节能型电感镇流器点灯系统:1192.38+52.28=1244.66

从上面的实例对比可看出,对于普通的照明场合,节能型金卤灯电感镇流器点灯系统的三年运行成本最低,金卤灯电子镇流器点灯系统与普通金卤灯电感镇流器点灯系统三年的运行成本几乎一样。另外,在南方一些地区,在一年中使用空调的时间长达6个月,那么电子镇流器因其自身功耗小,造成的自身发热小而使空调系统间接的产生节电,按上述计算原则三年内累计间接节电费用与普通型电感镇流器相比可算出,

(24W-11W)×0.001×0.7×10×(340×6/12)=15.47元,

三年内累计间接节电费用与节能型电感镇流器相比可算出,

(17W-11W)×0.001×0.7×10×(340×6/12)=7.14元,在这些场合如果算上间接节电因素,150W金卤灯电子镇流器点灯系统三年的运行费用电容低于普通型金卤灯电感镇流器点灯系统,但仍明显高于节能型金卤灯电感镇流器点灯系统。

对于运动物体的照明例如乒乓球馆、羽毛球馆、网球场以及摄影、摄像场合,由于金卤灯电子镇流器独特的无频闪功能而使它能代替原有的低光效的卤钨灯,从而收到明显的节能效果,在相同的照明条件,平均比充卤素的钨丝灯系统节电达60﹪。应该讲这也是金卤灯电子镇流器得以生存和发展的最主要方向。而电感式镇流器由于频闪效应很难应用于这些具有运动物体的照明场合。

B. 大功率400W金卤灯系统的运行比较

1. 对于功能齐全的400W金卤灯电子镇流器,自身功耗约28W,按上述计算公式,三年的运行电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.428KW)=3055.92元。

400W金卤灯电子镇流器平均价格为260元,400W金卤灯电子镇流器早期失效率约为2﹪,折合到每个电子镇流器平均价格为260×1.02=265.2

400W金卤灯电子镇流器点灯系统三年中运行成本为3055.92+265.2=3321.12元。

2. 节能型欧标400W金卤灯电感镇流器自身功耗约28W,也按同一计算公式三年的运行电费为0.7×(10H×340D×3Y×0.428KW)=3055.92元,节能型欧标400W金卤灯电感镇流器平均价格为145元,早期失效率为0.01﹪,折合到每个400W欧标电感镇流器平均价格为145×1.0001=145.02元。

由于电感镇流器具有10年以上的使用寿命,所以三年的运行折旧费为145.02×0.3=43.50元。

触发器价格为16元,补偿电容43μF,价格为40元,设此两个零件平均寿命为三年,所以三年的运行费用共计为43.50+16+40=99.50元。

节能型欧标400W金卤灯电感镇流器点灯系统三年运行成本为3055.92+99.50=3155.42元。

3. 对于品质较好的美标400W金卤灯电感镇流器,由于其内部存在局部磁路的磁饱和现象,所以自身功耗约58W,也按上述计算公式,三年的运行电费为0.7×(10小时×340×3×0.458KW)=3270.12元。

美标400W金卤灯镇流器的平均价格为220元,早期失效率为0.02﹪,折合到每个400W美标金卤灯镇流器平均价格为220×1.0002=220.044元,对于10年使用寿命的电感镇流器来说,三年折旧费用为220.044×0.3=66.01元,串联电容器36μF,价格为36元,所以三年的运行费用共计为3270.12+66.01+36=3372.13元。

由于400W金卤灯基本都用于室外,所以不存在自身发热造成的空调附加费用。

从上述的三年运行成本分析来看,对400W金卤灯运行系统,节能型欧标金卤灯点灯系统运行成本已明显低于金卤灯电子镇流器的运行成本,而美标金卤灯运行系统的费用略高于电子镇流器的运行系统。

三、 结论

经过照明电器界广大技术人员近20年的努力,以及部分元器件的集成化和专门化, 使得电子镇流器的制造技术有了长足的进步,在低气压放电的荧光灯领域,小功率节能灯镇流器(3W18W),已经几乎完全由电子镇流器取代了电感镇流器,在较小功率荧光灯领域(18W58W),电子镇流器也正在不断地扩大占有率而逐步地挤占着电感荧光灯镇流器的市场。尽管欧盟的ROHSWeee指令的实施以及这两个指令在世界各国引起的响应会使荧光灯电子镇流器的制造工艺遇到不少困难,并且其制造成本也会有所增加,但因为荧光灯电子镇流器自身重量轻,功耗小,光效高,可做到无频闪等突出优点,所以在低气压荧光灯领域内,电子镇流器仍将会继续扩大它的占有率。

在高强度气体放电灯领域,就总体运行成本来讲,小功率的金卤灯或高压钠灯电子镇流器并不占有优势。但在一些特殊的具有运动物体的照明场合,例如乒乓球馆、网球馆、羽毛球馆,以及摄影、摄像场合,电子镇流器因为其具有连续调光并且可做到无频闪,可以较好地替代充卤素的钨丝灯,所以具有较明显的优势。

在大功率高强度气体放电灯(175W以上)领域,由于EMI、抗干扰、开机浪涌、声共振,可靠性,满足ROHSWee指令及综合运行成本等多方面因素,电子镇流器处于明显的劣势。即使在电网电压很不稳定的场合,例如一些地区的路灯系统,电感镇流器点灯系统也可通过一组点灯系统集中串联电抗器的自动控制系统,来实现可靠而经济的稳定灯功率,后半夜减半运行等多项控制功能,而使系统可靠又最经济

地运行。在大功率高强度气体放电灯(175W以上)领域,在比较长的时期内仍将是以运行成本最佳的欧标节能型电感镇流器为主流的发展方向。除非电子镇流器在元器件技术上以及集成化和专门化有重大突破。

而美标175W以上的镇流器,由于它在灯电流过零时能提供较高的瞬时开路电压VSS而能有效地延长美标金卤灯的使用寿命,也使得它在175W及以上领域内(对配合美标金卤灯来说)具有一席之地。

 



责任编辑:Davia

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